UFRRJ
INSTITUTO DE AGRONOMIA
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA
CIÊNCIA DO SOLO
DISSERTAÇÃO
Estoques de C e N e Emissões de Óxido Nitroso sob
Cobertura Vegetal de Pastagem de Brachiaria
brizantha e Mata, em Itabela (BA)
Camila Almeida dos Santos
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE AGRONOMIA
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA
CIÊNCIA DO SOLO
ESTOQUES DE C E N E EMISSÕES DE ÓXIDO NITROSO SOB
COBERTURA VEGETAL DE PASTAGEM DE
Brachiaria brizantha
E
MATA, EM ITABELA (BA)
CAMILA ALMEIDA DOS SANTOS
Sob a Orientação da Professora
Érika Flávia Machado Pinheiro
e Co-orientação do Professor
Robert Michael Boddey
Dissertação submetida como requisito
parcial para obtenção do grau de
Mestra, no Curso de Pós-Graduação
em Agronomia, Área de Concentração
em Ciência do Solo.
Seropédica, RJ
Junho de 2016
S237 Santoe
Santos, Camila Almeida dos, 1991-
Estoques de C e N e Emissões de Óxido Nitroso sob Cobertura Vegetal de Pastagem de Brachiaria brizantha e Mata, em Itabela (BA) / Camila Almeida dos Santos. - 2016.
84 f.: il.
Orientadora: Érika Flávia Machado Pinheiro. Coorientador: Robert Michael Boddey.
Dissertação (Mestrado). -- Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Curso de Pós Graduação em Agronomia-Ciência do Solo, 2016.
1. Fração leve livre. 2. Origem do carbono no solo. 3. Espaço poroso saturado por água. 4. Excretas bovinas. 5. Nitrato no solo. I. Pinheiro, Érika Flávia Machado, 1975-, orient. II. Boddey, Robert Michael, 1948-, coorient. III Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Curso de Pós Graduação em Agronomia Ciência do Solo. IV. Título.
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE AGRONOMIA
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA - CIÊNCIA DO SOLO
CAMILA ALMEIDA DOS SANTOS
Dissertação submetida como requisito parcial para obtenção do grau de Mestra, no Curso de Pós-Graduação em Agronomia, área de Concentração em Ciência do Solo.
DISSERTAÇÃO APROVADA EM 16/06/2016.
______________________________________ Érika Flávia Machado Pinheiro. Dra. UFRRJ
(Orientadora)
_______________________________________ David Vilas Boas Campos. Dr. Embrapa Solos
________________________ Eduardo Lima. Dr. UFRRJ
DEDICATÓRIA
Aos meus pais Cláudia e Manoel, aos meus irmãos Manoela e Marcos, e ao meu eterno anjinho Enzo . Dedico
AGRADECIMENTOS
A Deus pela vida, proteção e ânimo para continuar essa caminhada.
Ao meu pequeno e eterno filho, Enzo Almeida, que esteve presente e me alegrou, durante oito meses nessa caminha, e que deixou saudades eternas, mas que por ele resolvi continuar essa tragetória.
Ao painho, Manoel Francisco e à mainha, Cláudia, por acreditarem em mim e me darem força para continuar, nas vezes que pensava em desistir. Aos meus irmãos, Manoela e Marcos Almeida, por todo apoio e incentivo. A minha linda família pelo apoio e amor incondicional.
Aos meus amigos, que sempre me confortaram e me deram força para continuar essa etapa. Principalmente àqueles que escutaram meu choro, quando a saudade apertava e oraram por mim, Ludmilla, Adelaide, Janinny, Rayra, Renata, Maiza Nascimento, Laest, Érika, Carla Pinto, Jéssica, Henrique, Vazigton, Eduardo Neto, Júlio Feitosa Fernandes, Cláudinha, Miltinho Mello, Géssica Aguiar, Aline Forza, Rafaela Félix, Mariângela, Míriam e Márcia.
Às meninas queridas do meu antigo quarto, F4-209, em especial, a minha prima Sashia Cristina, elas me apoiaram e me deram força para continuar.
Ao Grupo de Oração Universitário que sempre esteve intercedendo ao Pai por mim, em especial Carlinha, Doniésia, Patrícia, Cleriston e Thiago que sempre me escuturam.
A Raimunda Martins e a Lídia Martins, pela hospedagem, amizade e conselhos, durante minha temporada em Itabela-Bahia.
Aos amigos e aos colegas de profissão que estiveram sempre presentes.
À minha orientadora Érika Flávia Machado Pinheiro pelo apoio, pela amizade e pelo ensinamento durante todos esses anos.
Ao meu co-orientador, Robert Boddey, pela orientação, pela ajuda e pelo ensinamento. À Estação Experimental de Zootecnia (CEPLAC), por ter proporcionado as áreas para o experimento; e a todos funcionários: Cláudia, Juarez, Juraci, Juvenal, Adinaldo, Salvador, Joselito, José Ferino, Sebastião, Leno, Cosme, Antônio Batista, João, Joanias, Werick, Mário, Crispim, Dona Maria, Dona Dilza, Gileno pela ajuda, carinho, ensinamento e momentos de distração, em todo período que estive na estação.
Aos pesquisadores da Embrapa Agrobiologia, Segundo Urquiaga e Cláudia Jantália. Em especial, Bruno Alves, pelo ensinamento e ajuda.
Aos funcionários da Embrapa Agrobiologia. Em especial, Andreia Loviane, Renato Moutinho, Selmo, Altiberto, Roberto Grégio, por toda ajuda, pelo aprendizado e pelos conselhos.
Ao grupo de Ciclagem de Nutrientes da Embrapa Agrobiologia. Em especial, Seleno e Lucero pela ajuda, amizade e companhias nas idas ao campo.
Aos funcionários da Rural, Beth, Morais, Marquinhos e Michele, por toda ajuda. Ao professor Eduardo Lima por sua amizade, pelos seus ensinamentos e por acreditar em mim.
À equipe do laboratório de Ciclagem de Nutrientes e Matéria Orgânica da UFRRJ: Iara, Luiz, Mel, Rafaela e o agregado Rafael, pela amizade, pela ajuda, pelo incentivo, vocês contribuiram muito para esse trabalho acontecer.
Às meninas da minha vida: Shirlei Assunção, Camila Matos e Jéssica Ferreira, por me ouvirem, por toda ajuda, pelo incentivo e apoio incondicional, em todos os momentos dessa trajetória.
Ao Curso de Pós-Graduação em Agronomia-Ciência do Solo e à Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Aos Mestres pelo aprendizado.
À CAPES pela bolsa de estudo e ao CNPQ pelo financiamento do projeto. À banca examinadora que aceitou contribuir com o trabalho.
BIOGRAFIA
Camila Almeida dos Santos nasceu na cidade de Prado – BA, no dia 4 de fevereiro de 1991. Em 2007, concluiu o ensino médio na Escola Municipal Algeziro Moura, no distrito de Cumuruxatiba-BA. Em 2010, ingressou no curso de graduação em Engenharia Agronômica, da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, concluindo em 2014. Durante o período de graduação, foi bolsista de Iniciação Científica (PIBIC/CNPq e FAPERJ), atuando na área de Matéria Orgânica do Solo e Gases do Efeito Estufa. Em março de 2014, ingressou no Mestrado, no curso de Pós-graduação em Agronomia - Ciência do Solo, na Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro.
RESUMO
SANTOS, Camila Alemida dos. Estoques de C e N e emissões de óxido nitroso sob cobertura vegetal de pastagem de Brachiaria brizantha e mata, em Itabela (BA). 2016. 84f. Dissertação (Mestrado em Agronomia, Ciência do Solo). Instituto de Agronomia, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2016. A concentração atmosférica dos gases do efeito estufa (GEE), como dióxido de carbono
(CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) tem aumentado significativamente, desde o início
da Revolução Industrial, e a agropecuária contribui de maneira expressiva para este aumento. Entretanto, algumas práticas de manejo favorecem o aumento dos estoques de C e N no solo e são de grande importância para mitigar o aquecimento global. O objetivo geral do trabalho foi verificar emissões de óxido nitroso e estoques de carbono e nitrogênio em áreas sob pastagens Brachiaria spp para as condições edafoclimáticas de Itabela, Sul da Bahia. Foram feitos dois experimentos. No experimento I, foi avaliado os estoques de C e N, em dois transectos, em áreas estabelecidas há quinze anos com pastagem produtiva de Brachiaria brizantha cv Arapoti e Brachiaria brizantha cv Xaraés e mata nativa, na Estação Experimental de Zootecnia (CEPLAC), Itabela- Bahia. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado com quatro repetições para cada tratamento. Foram abertas trincheiras, onde amostras de terra foram coletadas até 100 cm de profundidade para a determinação da
densidade do solo, carbono, nitrogênio, δ13C e fração leve da MOS. Os maiores teores de
carbono e nitrogênio, de estoque de C e N no solo, foram observados nas áreas sob pastagem.
A contribuição do carbono derivado das pastatagens (C4) foi maior somente nos primeiros 5
cm de solo. O aporte de fração leve livre foi maior na superficial (0- 10 cm) para ambos os tratamentos, e as pastagens apresentaram maior entrada de FLL em relação à mata, onde ocorre maior entrada e acúmulo da biomassa das plantas. No segundo experimento, foi avaliado o efeito de excretas bovinas oriundas de vacas leiteiras, que pastejavam em áreas de consórcio (Brachiaria brizantha e leguminosa Desmodium ovalifolium) e em áreas de monocultura (Brachiaria), e o efeito da aplicação de fertilizantes nitrogenados (ureia), em uma área de Brachiaria brizantha cv Marandu, sob as perdas gasosas nitrogenadas. Foram estabelecidas 36 parcelas, em um delineamento experimental de 6 blocos casualizados, com seis tratamentos (Ureia, Urina Monocultura, Urina Consórcio, Fezes Monocultura, Fezes Consórcio e Controle), em duas épocas de aplicação das excretas (seca e chuvosa). As
amostragens de gás (N2O) foram feitas pelo método da câmara estática fechada.
Comitantemente, realizou-se amostragem de solo para verificação da umidade do solo, do espaço poroso saturado por água (EPSA), teores de nitrato, amônio no solo e carbono solúvel, e volatilização de amônia. A deposição de excretas em pastagens aumentou sensivelmente os fluxos de óxido nitroso do solo e de amônia volatilizada, comparado ao controle. Já na época chuvosa, estes fluxos estavam associados à disponibilidade de nitrato no solo e espaço poroso saturado por água. Na época seca, os fluxos de óxido nitroso estavam associados aos teores de nitrato e carbono do solo. A urina foi a tratamento, proporcionando maiores perdas de
nitrogênio em áreas de pastagem. Quanto à acumulação de N2O nos tratamentos, a urina do
consórcio apresentou maior na época seca. As maiores perdas por volatilização de amônia ocorreram na época chuvosa.
Palavras-chave: Fração leve livre. Origem do carbono no solo. Espaço poroso saturado por água. Excretas bovinas. Nitrato no solo.
ABSTRACT
SANTOS, Camila Almeida dos. Stocks of C and N and nitrous oxide emissions under vegetation cover of Brachiaria brizantha pasture and forest in Itabela (BA). 2016. 84p. Dissertation (Master Science in Agronomy, Soil Science). Instituto de Agronomia, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2016.
The atmospheric concentration of greenhouse gases (GHG) such as carbon dioxide (CO2),
methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) has increased significantly since the Industrial
Revolution and agriculture contributes more significantly to this increase. Entratanto, some management practices favor the increase in stocks of C and N in the soil and are of great importance to mitigate global warming. The overall objective of the study was to verify emissions of nitrous oxide and carbon and nitrogen stocks in areas under Brachiaria spp pastures to soil and climatic conditions Itabela, South Bahia. Two experiments were done. The first experiment was evaluated the stock of C and N in two transects in areas established to fifteen years with productive Brachiaria brizantha cv Arapoti and Brachiaria brizantha cv Xaraés and native forest in the Animal Science Experimental Station (CEPLAC) Itabela- Bahia. The experimental design was completely randomized with four replications for each treatment. Trenches were opened where soil samples were collected up to 100 cm deep for the determination of bulk density, carbon, nitrogen, δ13C and light fraction of SOM. The highest levels of carbon and nitrogen, the stock of C and N in the soil were observed in the areas under pasture. The carbon contribution derived from pastatagens (C4) was higher only in the first 5 cm of soil. The free light fraction intake was higher in the surface (0- 10 cm) for both treatments, and pastures showed higher FLL input regarding the forest, where there is greater input and accumulation of plant biomass. The second experiment evaluated the effect of bovine excreta originating from dairy cows that pastejavam in consortium areas (Brachiaria and legume Desmodium ovalifolium) and areas of monoculture (Brachiaria) and the effect of the application of nitrogenous fertilizers (urea) in an area B. brizantha cv Marandu from under the nitrogen gas losses. 36 plots were established in an experimental design of 6 randomized blocks with six treatments (urea, monoculture urine, urine consortium, monoculture feces, feces consortium and control), in two periods of application of excreta (dry and wet. The
sampling gas (N2O) were made by the method of closed static chamber. comitantly held soil
sampling for verification of soil moisture, the pore space saturated by water (EPSA), levels of nitrate, ammonium in the soil and soluble carbon, and volatilization ammonia. the deposition of excreta in pasture under significantly increased the flow of nitrous soil oxide and volatilized ammonia, compared to the control. in the rainy season these flows were associated with the availability of nitrate in soil and pore space saturated with water. in dry season, the nitrous oxide flows were associated with levels of nitrate and soil carbon urine was the
treatment that provides higher losses of nitrogen in areas pastagem. The accumulation of N2O
in treatments consortium urine showed higher in the dry season. The biggest losses by ammonia volatilization occurred in the rainy season.
Keywords: Free light fraction. Soil carbon source. Pore space saturated by water. Bovine excreta. Soil nitrate.
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ciclo do nitrogênio. Fonte: Costa (2015)... 6 Figura 2. Foto da área experimental, na Estação Experimental de Zootecnia do Extremo Sul,
na CEPLAC, Bahia. ... 19 Figura 3. Croqui da área experimental na CEPLAC. ... 20
Figura 4. Densidade do Solo (Mg m-3) nos transectos 1 e 2, sob cobertura de mata e pastagem
de Brachiaria brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B). ... 28
Figura 5. Teores de Carbono (g kg-1) nos transectos 1 e 2, sob cobertura de mata e pastagem
de Brachiaria brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B). ... 29
Figura 6. Teores de Nitrogênio (g kg-1) nos transectos 1 e 2, sob cobertura de mata e
pastagem de Brachiaria brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B). ... 29 Figura 7. Correlação entre os teores de C e N determinados em amostras retiradas de
diferentes profundidades do solo sob pastagem e mata, transecto 1 (A) e transecto 2 (B).30
Figura 8. Abundância natural de 13C (δ13C) nos transectos 1 e 2, sob cobertura de mata e
pastagem de Brachiaria brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B). ... 31 Figura 9. Estoque de Carbono nos Transectos 1 e 2, sob cobertura de mata e pastagem de
Brachiaria Brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B) a 30 cm e 100 cm. *Não houve diferença estatística entre os tratamentos avaliados. ... 32 Figura 10. Estoque de Nitrogênio do solo nos Transectos 1 e 2, sob cobertura de mata e
pastagem de Brachiaria brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B) a 30 cm e 100 cm. *Não houve diferença estatística entre os tratamentos avaliados. ... 32 Figura 11. Quantidade de Carbono derivado da mata e da pastagem nos transectos 1 e 2, sob
cobertura da pastagem de Brachiaria brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B). ... 34 Figura 12. Relação C/N do solo nos transectos 1 e 2, sob cobertura de mata e pastagem de
Brachiaria brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B). ... 34
Figura 13. Distribuição da fração leve livre (g kg-1) nos transectos 1 e 2, sob cobertura de
mata e pastagem de Brachiaria brizantha cv Arapoti (A) e Xaraés (B). *Não houve diferença estatística entre os tratamentos avaliados. ... 36 Figura 14. Área experimental da Estação Experimental de Zootecnia da CEPLAC, Itabela
(BA). ... 44 Figura 15. Croqui da área experimental. T1: Controle, T2: Ureia, T3: Fezes Brachiaria, T4:
Fezes Consórcio, T5: Urina Monocultura, T6: Urina Consórcio. ... 45 Figura 16. Detalhe da coleta da urina das vacas leiteiras. ... 46 Figura 17. Croqui detalhado da câmara estática. Fonte: Zuchello (2010)... 47
Figura 18. Distribuição das câmaras estáticas para a coleta de N-N2O e das câmaras para a
coleta de N-NH3 (A) e, detalhe do momento de amostragem de N-N2O (B). ... 48
Figura 19. Croqui detalhado da câmara utilizada para coleta de amônia, segundo o método descrito por Araújo et al. (2009). Fonte: Zuchello (2010). ... 49
Figura 20. Precipitação, temperatura do ar e do solo (ºC) (A), EPSA (%) (B) e fluxo de N2O
(µg N-N2O m-2 h-1), na Ceplac em Itabela (BA) (C). ↓ - indica a aplicação dos
tratamentos. ... 53
Figura 21. Distribuição do carbono orgânico solúvel (mg C kg-1 solo) do solo (A) e fluxo
acumulado de N2O (µg N-N2O m-2 h-1)(B), durante todo o período de monitoramento. . 56
Figura 22. Distribuição do nitrato (µg NO3- g-1 solo) (A) e amônio (µg N-NH4+ g-1 solo), no
Argissolo Amarelo, sob os diferentes tratamentos, em Itabela (BA) (B). ... 58
Figura 23. Amônia volatilizada (mg N-NH3 volatilizado m-2), no Argissolo Amarelo, em
Figura 24. Precipitação, temperatura do ar e do solo (ºC) (A), EPSA (%) (B) e fluxo de N2O
(µg N-N2O m-2 h-1), na Ceplac em Itabela (BA) (C). ↓ - indica a aplicação dos
tratamentos. ... 61
Figura 25. Distribuição do carbono orgânico solúvel (mg C kg-1 solo) do solo (A) e fluxo
acumulado de N2O (µg N-N2O m-2 h-1),no Argissolo Amarelo,em Itabela (BA). ... 64
Figura 26. Distribuição de Nitrato (µg NO3- g-1 solo) (A) e de Amônio (µg NH4+ g-1 solo)
(B), no solo Argissolo Amarelo, em Itabela (BA). ↓ - indica o momento da aplicação dos tratamentos. ... 65
Figura 27. Amônia volatilizada (mg N-NH3 volatilizado m-2), no Argissolo Amarelo, em
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1. Caracterização química do Argissolo Amarelo, no transecto 1, sob pastagem de Brachiaria brizantha cv Arapoti e mata, nas diferentes profundidades. ... 23 Tabela 2. Caracterização física do Argissolo Amarelo, no transecto 1, sob pastagem de
Brachiaria brizantha cv Arapoti e mata, nas diferentes profundidades. ... 24 Tabela 3. Caracterização química do Argissolo Amarelo, no transecto 2, sob pastagem de
Brachiaria brizantha cv Xaraés e mata, nas diferentes profundidades. ... 25 Tabela 4. Caracterização física do Argissolo Amarelo, no transecto 2, sob pastagem de
Brachiaria brizantha cv Xaraés e mata, nas diferentes profundidades. ... 26 Tabela 5. Caracterização Química e Física da área experimental, nas profundidades 0-10 e 10-20
cm, de Argissolo Amarelo. ... 51 Tabela 6. Teor de nitrogênio nos dejetos de bovinos que estavam sob pastagens em monocultura
(Brachiaria brizantha) e em consórcio (Brachiaria brizantha e Desmodium ovalifolium cv Itabela), em janeiro de 2015. ... 51 Tabela 7. Teor de nitrogênio nos dejetos de bovinos que estavam sob pastagens em monocultura
(Brachiaria brizantha) e em consórcio (Brachiaria brizantha e Desmodium ovalifolium cv Itabela), em julho de 2015. ... 52
Tabela 8. Fator de emissão N-N2O sob os diferentes tratamentos (época seca do ano). ... 57
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO GERAL ... 16
2. REVISÃO DE LITERATURA ... 4
2.1. Sistemas de Manejo das Pastagens e Emissões de N2O ... 4
2.2. Ciclo do Nitrogênio no Sistema Solo-Atmosfera ... 6
2.3. Emissões de Gases de Efeito Estufa ... 10
2.4. Estoques de Carbono e Nitrogênio em Diferentes Sistemas de Manejo de Pastagens . 11 2.5. Fração Leve Livre da Matéria Orgânica do Solo ... 13
3. CAPÍTULO I ESTOQUES DE C E N NO SOLO, SOB COBERTURA DE MATA E PASTAGEM DE Brachiaria brizantha cv ARAPOTI E Brachiaria brizantha cv XARAÉS, ITABELA (BA) ... 15
3.1. RESUMO ... 16
3.2. ABSTRACT ... 17
3.3. INTRODUÇÃO ... 18
3.4. MATERIAL E MÉTODOS ... 19
3.4.1. Descrição da área experimental ... 19
3.4.2. Descrição dos tratamentos e delineamento experimental ... 19
3.4.3. Amostragem e caracterização química e física do solo ... 20
3.4.4. Quantificação do estoque de carbono e nitrogênio no solo... 20
3.4.5. Fracionamento físico densimétrico da matéria orgânica do solo ... 21
3.4.6. Determinação da origem do carbono no solo ... 22
3.4.7. Interpretação dos dados e avaliação estatística ... 22
3.5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 23
3.5.1. Caracterização química e física do solo ... 23
3.5.2. Densidade do solo ... 27
3.5.3. Distribuição do carbono e nitrogênio no solo ... 28
3.5.4. Abundância natural do 13C ... 30
3.5.5. Estoque de carbono e nitrogênio no solo ... 31
3.5.6. Origem do carbono estocado no solo ... 33
3.5.7. Fracionamento físico densimétrico da matéria orgânica do solo ... 34
4. CAPÍTULO II EFEITO DA ADUBAÇÃO COM UREIA E DA DEPOSIÇÃO DE URINA E FEZES DE BOVINOS, EM PASTAGENS DE BRACHIARIA BRIZANTHA, NA EMISSÃO
DE N2O E VOLATILIZAÇÃO DE NH3+ ... 38
4.1. RESUMO ... 39
4.2. ABSTRACT ... 40
4.3. INTRODUÇÃO ... 41
4.4. MATERIAL E MÉTODOS ... 44
4.4.1. Experimento 2: avaliação das emissões de óxido nitroso sob cobertura de pastagem ... 44
4.4.2. Amostragem e caracterização química e física do solo ... 45
4.4.3. Coleta de fezes e urina de gado leiteiro ... 46
4.4.4. Quantificação das emissões de óxido nitroso do solo ... 47
4.4.5. Coleta e quantificação de amônia ... 48
4.4.6. Coleta e análise de nitrato e amônio do solo ... 49
4.4.7. Interpretação dos dados e avaliação estatística ... 50
4.5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 51
4.5.1. Características químicas e físicas do Argissolo Amarelo ... 51
4.5.2. Teores de nitrogênio nas fezes e urina dos bovinos ... 51
4.5.3. Quantificação das emissões de N2O no solo, na época seca do ano ... 52
4.5.4. Quantificação de nitrato e amônio no solo ... 57
4.5.5 Quantificação de amônia volatilizada ... 58
4.5.6. Quantificação das emissões de N2O no solo, na época úmida do ano ... 60
4.5.7. Teores de nitrato e amônio no solo ... 64
4.5.8. Quantificação de amônia volatilizada ... 65
4.6. CONCLUSÕES ... 67
5. CONCLUSÕES GERAIS ... 68
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 69
1. INTRODUÇÃO GERAL
Os problemas derivados do aquecimento global, associado às emissões de gases de efeito estufa (GEE), são hoje uma preocupação mundial. As emissões antrópicas de gases de efeito estufa ocorrem em vários setores de atividades. Ao contrário dos países
industrializados, no Brasil, a maior parcela das emissões de CO2, N2O e CH4 provêm da
2 O efeito estufa é um fenômeno natural de aquecimento da atmosfera terrestre, sendo responsável por manter a temperatura média do planeta em níveis adequados para a existência dos seres vivos. Esse processo ocorre quando uma parte da radiação solar, refletida pela superfície terrestre, é absorvida por determinados gases presentes na atmosfera, denominados “gases de efeito estufa (GEE)”. Como consequência, essa radiação infravermelha, refletida pela terra, fica retida nas camadas mais baixa da atmosfera, resultando no aquecimento do planeta (Escobar, 2008).
Durante o período da revolução industrial, com o aparecimento e o uso de combustíveis fósseis, houve um aumento nas emissões dos GEE (Goldemberg, 2000), causando um desequilíbrio nesse fenômeno natural, e a maior consequência foi o aumento da temperatura do planeta, no qual foi constatado um aumento de 2º C.
Na atividade agropecuária, o dióxido de carbono (CO2) é emitido pelo cultivo dos
solos e também pelo uso de energia fóssil em operações agrícolas, incluindo-se associada aos
insumos como rações, fertilizantes, inseticidas entre outros. O metano (CH4) é emitido através
da fermentação entérica e, em menor parte, pelas fezes dos animais. Finalmente, o óxido
nitroso (N2O) é emitido, principalmente, após a fertilização nitrogenada e deposição de fezes
e urina de animais no solo. Estima-se que a contribuição da agricultura às emissões de GEE é
de aproximadamente 75% nas emissões de CO2, 91% nas emissões de CH4 e 94% nas
emissões de N2O (Cerri & Cerri, 2007).
De acordo com Cardoso (2012), a produção de bovinos de corte é a principal responsável no Brasil por grande parte da emissão de GEE. Nesse sistema de produção, destaca-se a emissão de metano através da fermentação entérica dos ruminantes e a emissão do gás óxido nitroso, ou ainda, a excreção dos animais.
Por outro lado, o manejo adequado das pastagens, com a aplicação de fertilizantes ou através do consórcio com leguminosas forrageiras, pode aumentar a produtividade das
pastagens, consequentemente, o ganho de peso dos animais, na ordem de 700 a 800 g dia-1,
segundo Euclides et al. (2009).
As estimativas feitas em várias regiões do país indicam que leguminosas forrageiras,
consorciadas com gramíneas tropicais, podem contribuir com mais de 150 kg N ha-1 (Thomas
et al., 1992; Miranda et al., 1999; Giller, 2001). A entrada de N nas pastagens, seja pela adubação mineral seja pela fixação biológica de nitrogênio (FBN), aumenta a produção de liteira e, consequentemente, a deposição de resíduos das forrageiras tanto na superfície, quanto nas camadas mais profundas do solo, através do sistema radicular abundante, o que pode contribuir para o aumento dos estoques de C e N nos solos. Porém, segundo o IPCC (2006), os resíduos vegetais das leguminosas, ricos em nitrogênio, podem promover maiores
emissões de N2O do solo, uma vez que se estima que 1,3% do N, dos resíduos das
leguminosas, são convertidos em N2O. Não existem informações disponíveis que tragam uma
comparação direta com N originado de fertilizantes minerais nitrogenados em sistemas de pastagens.
Segundo Paulino (2009), o uso de plantas leguminosas em pastagens, em monocultura ou consorciada com gramíneas tropicais, tem sido há muito tempo objeto de estudo de pesquisadores brasileiros interessados na economia do uso de fertilizantes nitrogenados. Além disso, sabe-se que para ocorrer a formação de húmus e, consequentemente, a estabilização do carbono nos solos, é necessário o aporte de N (mineral ou via FBN), haja visto a relação C/N do húmus (10:1). Atualmente, esse interesse se estendeu a fim de avaliar o potencial da leguminosa em sequestrar o carbono atmosférico. Trabalhos na literatura têm demostrado que o N oriundo da FBN contribui mais para a estabilização do C nos solos do que o N oriundo do adubo mineral nitrogenado. Como os estoques de C no solo poderão ser sustentados a longo
3 prazo apenas se for adicionado N no sistema, seja através da aplicação de fertilizantes nitrogenados seja pela FBN, a demanda por informações a respeito do potencial da leguminosa nesse sistema cresce cada vez mais.
O objetivo geral do trabalho foi o de avaliar o efeito da adubação mineral nitrogenada e da deposição de fezes e urina de vacas leiteiras que pastejavam em áreas de monocultura de Brachiaria e em consórcio com leguminosas, nas emissões de óxido nitroso, em áreas sob cobertura de pastagens de Brachiaria brizantha cv. Marandu. E também foi objetivo do trabalho avaliar os estoques de carbono e nitrogênio sob cobertura vegetal de mata e pastagens, em Itabela (Sul da Bahia).
4 2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. Sistemas de Manejo das Pastagens e Emissões de N2O
Com base no Censo Agropecuário de 2006 (IBGE, 2007), as pastagens ocupam uma área de 172.333.073 ha do território brasileiro, sendo estas de formação natural ou plantadas, degradadas ou em boas condições. Essa área se manteve praticamente estável, havendo redução em algumas regiões como Sul, Sudeste e Centro-Oeste, e tendo expansão para região Norte (IBGE, 2007).
No Brasil, 70 % das pastagens são degradadas (Pedeira, 2011). Alguns fatores mais relevantes relacionados à degradação das pastagens destacam-se, o sistema de manejo animal inadequado e a falta de reposição de nutrientes. A lotação animal excessiva, sem os ajustes para uma adequada capacidade de suporte, e a ausência de adubação de cobertura têm acelerado o processo de degradação (Macedo, 2009). Portanto, segundo Macedo (2009), as pastagens são classificadas em produtivas e degradadas, dependendo do manejo adotado pelo produtor. As pastagens são consideradas como “produtivas” por apresentarem uma boa produção de matéria seca, uma boa capacidade de rebrota e por não deixarem o solo descoberto. Por sua vez, são consideradas como “degradadas”, as pastagens que não apresentam boa capacidade de rebrota, a espécie vegetal utilizada não consegue atingir seu valor produtivo, ou seja, o teor de matéria seca não é satisfatório, deixando o solo exposto às intempéries. A degradação física é um dos últimos estágios desse processo (Leão, 2002).
Na atualidade, a degradação das pastagens é o fator mais importante que compromete a sustentabilidade da produção animal e pode ser explicada como um processo dinâmico de degeneração ou de queda relativa da produtividade, perda de matéria orgânica, ou emissão de
CO2 para atmosfera (Macedo & Zimmer, 1993; Zimmer et al., 1994; Macedo, 1999, 2000,
2001, Paulino et al., 2009). A conversão dessas áreas em pastagens produtivas é uma das recomendações sugeridas pelo “Plano ABC” (Agricultura de Baixo Carbono).
Nesse contexto, as pastagens que possuem um bom manejo e onde há aplicação de fertilizantes nitrogenados, a produtividade animal pode atingir ganhos de peso de mais de 700
ou 800 g dia-1 (Euclides et al, 2009). Ao analisar que na fabricação dos fertilizantes
nitrogenados utiliza-se combustível fóssil e passa-se por fases de transporte e aplicação, as
emissões de GEEs são estimadas em aproximadamente 4,5 kg CO2eq/kg N fertilizante
(Robertson & Grace, 2004; Lessa,2014).
Oliveira (2004) estudou quatro indicadores de qualidade para indicação de pastagem produtiva: a taxa de rebrota do pasto, a taxa de deposição da liteira, avaliada de 12 a 28 dias, a fração leve da MOS e o C da biomassa microbiana.
Neves Junior (2013) estudou os parâmetros físicos do solo mais utilizados para avaliar a degradação de pastagens, entre os estudados destacou-se a densidade do solo (Muller et al., 2001; Fidalski et al., 2008), a porosidade (Fidalski et al., 2008; Cardoso et al., 2011), a resistência do solo à penetração de raízes (Imhoff et al., 2000; Ralisch et al., 2008; Cardoso et al., 2011) e as características hídricas no solo (Bell et al., 1997; Dias Junior &Estanislau, 1999; Fidalski et al., 2008). Por outro lado, uma pastagem bem manejada, com baixa lotação animal e reposição de nutrientes, aumenta a produtividade da gramínea.
Para minimizar essa situação, uma alternativa do ponto de vista ambiental é a
introdução de leguminosas forrageiras fixadoras de N2, na qual se acredita serem fornecedoras
de grandes quantidades do N às pastagens com menor custo em emissão de GEEs (Jensen et al., 2012). Estimativas feitas em várias regiões indicam que leguminosas forrageiras
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consorciadas com gramíneas tropicais podem contribuir com mais de 150 kg N ha-1 (Thomas
et al., 1992; Miranda et al., 1999; Giller, 2001). Por outro lado, os resíduos vegetais das
leguminosas, mais ricos em N, podem promover maiores emissões de N2O do solo, uma vez
que se estima que 1,3 % do N dos resíduos se converta em N2O (IPCC, 2006), o N2O é um
forte gás de efeito estufa com poder de aquecimento global (PAG), equivalente a
aproximadamente 300 vezes ao do CO2 (Forster et al., 2007).
Segundo Carvalho (1999), o uso de leguminosas, nos sistemas agrícolas, como o guandu e o feijão-bravo-do- ceará, que tem a capacidade de fixar nitrogênio, pode incorporar
até 230 Kg N ha-1, aumentando os teores de N no solo e também contribuindo para o
incremento das emissões dos gases de nitrogênio (NO e N2O).
A emissão de N2O em sistemas de produção animal ocorre pela deposição de urina e
de fezes dos animais, com destaque para os bovinos, pela adubação de pastagens, e em menor escala, pelo manejo dos dejetos, sendo esse pela compostagem ou pela aplicação “in natura” (Granli & Bockman, 1994; Verburg et al., 2006).
Os rebanhos são as principais fontes de emissões antropogênicas de óxido nitroso (Mosier et al., 1996; Bouwman, 2001). Segundo Bittencourt (2009), as emissões ocorrem de três maneiras: pelo uso da compostagem em plantações e pastagens; pelo depósito de fezes e urina dos animais no pasto; e pelo acúmulo de excrementos dos animais no sistema intensivo (confinado). Mosier et al (1996) relatam que essas emissões são maiores em sistemas de criação intensiva do que nos sistemas extensivos. De modo similar, animais com fonte de
alimentos de menor qualidade emitem menor quantidade de N2O, porém no futuro, pode
resultar em maiores emissões de N2O, devido ao aumento na migração do sistema extensivo
com menor qualidade de alimentos para o sistema intensivo com alimentos de maior qualidade. Por outro, Mosier et al. (1996) afirmaram que o sistema de confinamento pode reduzir as emissões, pois o depósito de excrementos produz, em média, metade da emissão de
N2O que o exposto nas pastagens extensivas. O depósito de excrementos pode ser
encaminhado para um biodigestor e tornar o ciclo de produção da pecuária mais positivo, com a geração de energia (biogás) e de biofertilizante.
Jantalia (2006) obeservou pico de emissão de N2O maior que 1500 µg N-N2O m-2 h-1
no tratamento com urina, enquanto que no tratamento de controle das emissões estavam
abaixo de 100 µg N-N2O m-2 h-1, em um estudo realizado pela Embrapa Agrobiologia e a
PESAGRO, em um planossolo, cuja cobertura vegetal era a pastagem de Brachiaria, utilizada para produção de leite.
Lessa et al. (2008) mediram o efeito da deposição excretas bovinas (urina e fezes), em uma área de pastagem formada sobre um Argissolo, no município de Seropédica – RJ. Os
autores observaram que, nos três primeiros dias, a adição de urina promoveu fluxos de N2O
significativamente superiores aos encontrados nos outros tratamentos (Fezes e Controle), com
fluxo de N2O, chegando a 228 µg N-N2O m-2 h-1 no dia posterior à aplicação de urina.
Lessa (2014), ao avaliar as emissões de N2O, em Goiás, na época chuvosa, observou
maior fluxo de N2O na área tratada com urina do que os demais tratamentos (Ureia, Fezes e
Controle). Tendo um pico de aproximadamente 11000 µg N-N2O m-2 h-1 para o tratamento
Urina e de quase 4000 µg N-N2O m-2 h-1 para Ureia, já as Fezes permaneceram com fluxo
semelhante ao Controle durante todo período amostral. A autora atribuiu essas emissões às chuvas que ocorreram, a qual manteve o EPSA próximo à 60%.
Segundo Jantalia et al. (2006), o N contido na urina está na forma de compostos solúveis, principalmente ureia, podendo ser rapidamente transformado no gás amônia ou
perdido por lixiviação (NO3-) ou emitido para atmosfera na forma de N2O.
O IPCC (1996) utiliza um fator de emissão para N oriundo do pastejo animal (20 g por kg de N excretado) que é maior que o fator utilizado para fertilizantes nitrogenados (12,5 g
6 por kg de N aplicado como fertilizante). Sendo explicado pela deposição de grandes quantidades de dejetos em um mesmo local, aumentando a concentração de N e C, associados aos efeitos de pisoteio e compactação pelo pastejo animal. Esses dejetos (urina e fezes) frescos são ricos em energia e possui N e C quimicamente reduzidos, o que fornece substrato para o consórcio com bactérias autotróficas e heterotróficas. Como efeito, ocorrem mudanças
temporárias de pH, pressão parcial de O2 e NH3, e nas concentrações de NH4+, NO2-, e NO3-
nas fezes e urina dos animais, que podem conduzir à emissão de N2O (OENEMA et al., 2005)
Na Nova Zelândia (Luo et al., 2008), avaliaram a emissão de N2O em pastagens, a
partir da deposição de urina bovina (1,000 kg urina-N ha-1), em diferentes estações do ano
(2003-2005). Os resultados mostraram diferenças entre os fluxos de N2O, ao longo das
estações, em função da variação das condições climáticas (temperatura e precipitação), que influenciaram nas características do solo, como o espaço poroso saturado por água (EPSA). Os maiores fluxos dos tratamentos com urina foram observados no inverno e na primavera,
entre 0,22 e 5,2 kg N-N2O ha-1. Também foi calculado o fator de emissão para urina, variando
entre 0,02 e 1,52% do N-urina aplicado, nas diferentes estações do ano. 2.2. Ciclo do Nitrogênio no Sistema Solo-Atmosfera
O nitrogênio é o nutriente que a planta absorve em maiores quantidades, pois compreende grande proporção das proteínas e ácidos nucléicos (Marchner, 1995). Nos ecossistemas que não se encontram em estado de clímax ecológico, sua demanda tende a ser insatisfatória, pois os processos de crescimento e senescência não são balanceados e as quantidades de nitrogênio perdidas do sistema não são suficientemente repostas por “inputs” naturais (Myers, 1994).
Figura 1. Ciclo do nitrogênio. Fonte: Costa (2015). 1) Principais entradas de N
O nitrogênio é muito abundante na atmosfera (78 %), entretanto, a forma química em que se encontra é muito estável e não absorvível pelas plantas. O alto custo dos adubos nitrogenados é um bom indicador da dificuldade de transformação do nitrogênio atmosférico
7 demandam grande quantidade de energia, inviabilizando sua utilização de forma generalizada, na agropecuária (Braz, 2004).
Porém, é possível, durante as fortes chuvas de verão, que quantidades de nitrogênio sejam incorporadas no solo em formas disponíveis para as plantas, pois se espera que os raios, que correspondem a descargas elétricas, possam transferir energia suficiente para alterar quimicamente o nitrogênio (Braz, 2004). Também há entrada de N através da decomposição da matéria orgânica.
Outra alternativa para o aproveitamento do nitrogênio atmosférico é através de um processo natural, denominado fixação biológica de nitrogênio (FBN). Ocorre através da associação simbiótica entre organismos procarióticos (bactérias, actinomicetos) e as plantas,
que efetuam a reação enzimática de redução do N2 atmosférico, na presença da enzima
nitrogenase:
N2 + 8e- + 10H+ + 16 ATP 2NH4+ + H2 + 16 ADP + 16Pi
Por ser um sistema de grande demanda energética, é inibido quando da presença de N livre no meio.
Acredita-se que algumas gramíneas, como as Brachiarias, podem fixar nitrogênio via
FBN (30 e 40 kg N ha-1 ano-1), sob condições edafoclimáticas favoráveis (Boddey e Victoria,
1986), apesar de existir poucas evidências experimentais, em condições de campo, que quantifiquem a importância do aporte de N pela FBN em gramíneas e pelas fortes chuvas de verão. Entretanto, espera-se que parte das perdas do nutriente, decorrente do impacto do pastejo ou da exportação, como produto animal, sobretudo nos sistemas de baixo investimento tecnológico, possa ser repostas por essas vias (Braz, 2004).
Portanto, as principais entradas de N no sistema são através da adubação nitrogênada, da FBN e da decomposição da matéria orgânica do solo.
2) Perdas de N
As perdas de N no solo podem ocorrer pela lixiviação, volatilização, emissão de N2O e
imobilização.
A perda de N por lixiviação pode ocorrer tanto na forma de compostos nitrogenados orgânicos quanto na forma mineral. Na forma mineral, o N é lixiviado no solo sob a forma de
nitrato, sendo dependente, basicamente, do teor de NO3-, na solução do solo, e do fluxo de
água, no perfil (Urquiaga et al., 1990). O teor de N-NO3-, por sua vez, dependerá da
velocidade de mineralização do N orgânico dos dejetos e, principalmente, da velocidade de nitrificação do N amoniacal dos dejetos. (Giacomini & Aita, 2006).
Ferreira (1995) realizou estudo adicionando 5,3 L m-2 de urina marcada com o isótopo
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N, em solo coberto por Brachiaria Brizantha cv. Marandu e em um solo desprovido de vegetação. O autor observou que 37% do total de N adicionado na urina foi assimilado pela Brachiaria Brizantha, e nesse mesmo tratamento, 29 % do N da urina foi encontrado no solo, principalmente nos 40 cm de profundidade. Já no tratamento sem a cobertura vegetal, encontraram-se apenas 24% do N derivado da urina, que estava bem distribuído no perfil do solo, indicando significativa perda de N por lixiviação. As perdas de N da urina bovina por lixiviação chegaram a 76 % do total aplicado no solo sem cobertura e a 34% no solo coberto por Brachiaria brizantha.
A perda por volatilização de amônia de fertilizantes nitrogenados é o processo responsável pelas maiores perdas de N na superfície do solo, além de ser a maior fonte de
NH3 na atmosfera (Bouwman et al., 1997). As perdas de amônia aumentam com a
8 relativa do ar), com a elevação do pH do solo, com a textura arenosa, com a baixa CTC e com a umidade do solo inicial não limitante para que ocorra a hidrólise da ureia pela enzima urease (Costa et al., 2004; Lessa, 2011). Acentuadas perdas de amônia podem ocorrer com a fertilização de ureia, tanto em solos ácidos quanto em solos alcalino (Terma, 1979). Também,
aplicação de dejetos bovinos na pastagem favorece as perdas de N por volatilização de NH3.
De acordo com o IPCC (2006), 20% do nitrogênio contido nas excretas bovinas, sem diferenciar urina de fezes, são perdidos através da volatilização de amônia. Sendo que, apenas
1% representa as emissões indiretas de N2O desse nitrogênio que é volatilizado.
Ferreira (1995) ao avaliar as perdas de nitrogênio dos dejetos de bovinos, em pastos
formados com braquiária, atribuiu à volatilização de NH3 as maiores perdas de N, tanto para
urina quanto para fezes, atribuindo um valor próximo de 10% do N das fezes perdidos por essa via.
A imobilização microbiana de N, com a aplicação de dejetos, está relacionada à rápida decomposição do C, facilmente decomponível, adicionado aos dejetos (Flowers & Ocallaghan,1983; Dendooven et al., 1998).
3) Transformação do N
O N2O é muito expressivo em sistemas agropecuários uma vez que 70% das emissões
globais desse gás se originam com a dinâmica de N do solo em sistemas de produção, principalmente pela adição de fertilizantes nitrogenados e resíduos agrícolas (Mosier et al., 2004).
A maior parte de N2O emitido pelos solos é produzida em dois processos biológicos:
nitrificação e desnitrificação. Uma pequena fração provém de processos não biológicos, como a decomposição química do nitrito (quimiodesitrificação) e a decomposição química de
hidroxilamina (NH2OH); produto intermediário na conversão de amônio (NH4+) a nitrito
(NO2-) e a reação desta com nitrito (Bremmer, 1997).
A nitrificação e a desnitrificação são os processos que dão origem às emissões de N2O
do solo à atmosfera, ambos os processos dependentes da disponibilidade de oxigênio, porém em condições opostas (Silva et al.,2010). Por ser um processo aeróbio, solos bem drenados favorecem a nitrificação, porém a adequada disponibilidade de água e de temperatura é importante para aperfeiçoar o processo. Por outro lado, muitos organismos do solo podem desnitrificar, desde que ocorram condições anaeróbicas no solo, sendo a temperatura um fator de grande importância (Silva et al.,2010).
A nitrificação representa a oxidação aeróbica de amônio (NH4+) a nitrato (NO3-). Esse
processo é realizado por bactérias quimioautotróficas e ocorre em duas etapas: nitritação, em
que o NH4+ é oxidado a nitrito (NO2-), por ação das bactérias do gênero Nitrosomonas sp.,
Nitrospira e Nitrosococcus sp. e, a nitratação, onde o NO2- é oxidado a NO3- por bactérias
gênero Nitrobacter sp., Nitrospira e Nitrosococcus sp. (Moreira & Siqueira, 2006). A nitrificação pode ser simplificada pelas seguintes reações:
Nitritação: 2 NH4+ + 3O2 → 2 NO2- + H2O + 4H+ + Energia (Equação 1)
Nitratação: 2 NO2- + O2 → 2 NO3- + Energia (Equação 2)
Durante o processo, a concentração NO2- aumenta no início, à medida que o NH4+ vai
sendo oxidado e, posteriomente, diminui, à medida que o NO3- é formado, evitando o
acúmulo de NO2- no solo. Todavia, em condições de anaerobiose, as taxas de oxidação de
NH4+ e NO2- permanecem praticamente constantes, favorecendo o acúmulo de NO2-, que é
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final de elétrons pelos nitrificadores, levando à formação de NO e N2O, de acordo com a
equação (3) (Snyder et al. 2009).
(Equação 3)
NH4+ → NO2- → NO3
-↓
NO → N2O →N2
A desnitrificação é o processo de oxidação do NO3- até N2, através de bactérias
anaeróbicas facultativas, as quais representam de 0,1 a 5% da população total de bactérias no
solo (Moreira & Siqueira, 2006). Essa transformação pode ser completa, originando N2,
embora uma porção variável possa ser emitida como N2O gasoso (Signor, 2010).
A rota de desnitrificação, pela qual o N vai sendo sucessivamente oxidado, ou seja, utilizado como receptor de elétrons, é representada a seguir (Equação 4). Os números entre parênteses representam o número de oxidação do N nos diferentes compostos (Signor, 2010).
2NO3(+5) → 2 NO2 (+3) → 2 NO (+2) → N2O (+1) → N2(0) (Equação 4)
Tanto as reações de nitrificação quanto as de desnitrificação são afetadas por características do solo, como aeração, temperatura, umidade, reação do solo, fertilizantes, matéria orgânica, relação C/N e a presença de fatores tóxicos aos microorganismos (Moreira & Siqueira, 2006; Bremmer, 1997; Snyder et al. 2009). Davidson e Swank (1986) relataram
que os principais fatores que influenciam as emissões de N2O, derivado de reações de
nitrificação, são a temperatura e a densidade do solo. Na desnitrificação, a emissão de N2O
parece ser influenciada principalmente pelo espaço poroso saturado, por água e pelo potencial redox (Eh) do solo.
A formação e a emissão de N2O por processos microbianos são resultados de
interações complexas entre diversos fatores, como temperatura, textura, estrutura, pH do solo, conteúdo de água no solo, disponibilidade de N e de carbono facilmente oxidável (Bockman; Olfs, 1998). A rotação de culturas, o preparo do solo e o período de aplicação de N têm alta
relação com as perdas de N2O (Tan et al. 2009).
A temperatura determina as taxas, nas quais os microrganismos realizam os processos de nitrificação e desnitrificação. Em temperaturas amenas, há uma baixa taxa de conversão de compostos nitrogenados, a qual vai aumentando à medida que a temperatura também
aumenta. Perdomo et al. (2009) encontraram os maiores fluxos de N2O geralmente após as
chuvas e/ou durante períodos de alta temperatura do solo.
Liu et al. (2006) associaram as maiores emissões de N2O a eventos de precipitação ou
irrigação. Que influência no espaço poroso saturado por água (EPSA), Ruser et al. (2006)
relatam que a desnitrificação é a principal fonte de N2O quando o EPSA for mais 70 % ,
quando este nível de umidade cai para 60 %, a nitrificação é principal processo de formação
de N2O.
O pH interfere na quantidade de N2O que será produzido através da alteração das
enzimas que participam das reações de formação do N2O no solo. A enzima que reduz N2O a
N2 é inibida em baixo pH e na presença de O2. Assim, em baixo pH, a proporção de N2O
emitida seria maior, uma vez que uma menor quantidade seria reduzida a N2 (Charpuis-Lardy
et al.,2007).
A presença de carbono prontamente disponível aos microrganismos exerce influência sobre as reações de nitrificação e desnitrificação, uma vez que este pode ser usado como fonte de energia. Nesse contexto, a quantidade de matéria orgânica do solo exerce influência sobre
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NO3- não sejam limitantes à produção de N2O, os maiores fluxos seriam observados nos solos
com maior quantidade de carbono orgânico disponível (Ruser et al., 2006).
A relação C/N, tanto do solo quanto dos resíduos presentes no ambiente, afeta a disponibilidade de N e a atividade microbiana. Um solo com baixa relação C/N apresenta predomínio do processo de mineralização do N em relação ao processo de imobilização, aumentando a quantidade de N disponível, que poderá ser absorvido pelas plantas ou ficar disponível para os processos microbianos, dentre eles a desnitrificação (Signor, 2010).
A textura e a estrutura do solo também influenciam nas emissões de N2O. Em solos
com textura argilosa, as emissões tendem a ser maiores que em solos com textura arenosa. Tan et al. (2009) quantificaram os efeitos de várias práticas de manejo do solo nos fluxos de
N2O após um evento de chuva simulada em solos areno-argiloso e franco-argiloso. As perdas
no solo franco-argiloso foram, aproximadamente, quatro vezes maiores. O autor atribuiu essa emissão as menores frações de poros grandes e a maior disponibilidade de C. Portanto, no solo argiloso, a menor quantidade de macroporos favoreceria a presença de microsítios anaeróbicos, onde ocorreriam as reações de desnitrificação.
2.3. Emissões de Gases de Efeito Estufa
Os problemas derivados do aquecimento global, associados às emissões de gases de efeito estufa são hoje uma preocupação mundial. Essas emissões antrópicas ocorrem em vários setores de atividades. Ao contrário de países industrializados, no Brasil, a maior
parcela das emissões de GEE (CO2, N2O e CH4) provém da mudança no uso da terra, em
particular da conversão de áreas sob floresta para a agropecuária.
Na mudança do uso da terra, grandes áreas foram substituídas por pastagens. As pastagens ocupam dois terços da área agricultável no mundo. A baixa fertilidade do solo e o manejo incorreto são apontados como causas principais da degradação das pastagens. Esse manejo pode provocar a diminuição no estoque de carbono, que pode acarretar uma compensação às emissões de metano e óxido nitroso (Paulino et al., 2009).
A principal fonte de emissões de metano é oriunda dos ruminantes, seguido pelo cultivo de arroz em áreas inundadas, na presença de bactérias metanogênicas. As emissões de
CO2 ocorrem principalmente pela queima de combustíveis fósseis. A mudança no uso da terra
com a queimada das florestas, da palhada da cana-de-açúcar e em menor proporção a
respiração dos organismos, também contribuem com as emissões de CO2.
As emissões do CO2 do solo em áreas agrícolas podem ser minimizadas pelo emprego
de sistemas de preparo do solo que resultem na estabilização da MOS (Carvalho et al., 2007). A manutenção do carbono como húmus é uma forma de estabilização do C no solo (Carvalho et al., 2007).
No recente relatório lançado pelo Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI, 2013), sobre as emissões de gases efeito estufa no Brasil, foi apresentado uma grande redução de emissões totais de GEE de 38,7 % em 2010, quando comparado a 2005. Essa redução se deve, principalmente, à diminuição no desmatamento da Amazônia e da região dos Cerrados. No ano de 2005, estimou-se que o total de emissões antropogênicas de GEEs,
incluindo emissões de metano [CH4] e óxido nitroso para todos os setores (Energia,
Tratamentos de Resíduos, Processos Industriais, Agropecuária e Uso e Mudança de Uso da
Terra e Florestas - LULUCF) foi de 2.032 Tg (milhões de toneladas) de CO2eq, do qual o
“Uso da Terra e Florestas” (principalmente desmatamento) contribuiu com 1.168 Tg (57 % das emissões). O relatório do Prodes (2013) mostrou uma queda no desmatamento na Amazônia de 1,9 milhões de ha (Mha), em 2005, para 0,7 Mha em 2010. O resultado das medidas tomadas pelo Governo Federal, que também foi efetivo em outras regiões, foi a
11 redução das emissões de GEEs no setor de “Uso de Terra e Florestas” de 1.168 para 279 Tg
de CO2eq, neste período de 5 anos (uma redução de 76 %).
O Brasil vem se destacando nas pesquisas na área de aquecimento global e, mais recentemente, através do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) e do Ministério do Desenvolvimento Agrário (MDA), que publicou o “Plano ABC”. Este Plano é uma importante parte do compromisso de reduzir as emissões de GEE, assumido pelo Brasil na 15ª Conferência das Partes – COP15, ocorrida em Copenhague, no ano de 2009. São seis as propostas apresentadas no Plano ABC: recuperação de pastagens degradadas; integração lavoura-pecuária-floresta e sistemas agroflorestais; sistema plantio direto; fixação biológica de nitrogênio; florestas plantadas e tratamentos de dejetos animais.
2.4. Estoques de Carbono e Nitrogênio em Diferentes Sistemas de Manejo de Pastagens O conteúdo de Matéria orgânica do solo (MOS) é basicamente o resultado da adição e da decomposição de resíduos vegetais que chegam ao solo, onde a taxa de decomposição dos resíduos no solo é resultado das características extrínsecas dos materiais, como da interação com a fração mineral e biológica do solo. Nesse contexto, a qualidade e quantidade do resíduo orgânico implicarão em maior ou menor acumulação de matéria orgânica no solo (Urquiaga et al.,2006).
A importâcia do conteúdo do C orgânico do solo ou da MOS tem-se apresentado mais relevante a nível mundial, pois pelas Convenções sobre o clima, o aumento nos estoques de carbono orgânico do solo além de proporcionar uma condição favorável para fertilidade do solo, representa uma forma de mitigar o aquecimento global pela redução da concentração de
CO2 da atmosfera (Cerri et al., 2004; Lal & Klimber,2000). Fenômeno conhecido como
sequestro de carbono no solo (Urquiaga et al.,2005; Sisti et al., 2004).
Nesse contexto, para estocar C no solo, é necessário a qualidade do resíduo e não só a quantidade. Isso vem a confirmar a importância do N para o acúmulo de C no solo. De acordo
com Alves et al. (2002), para acumular 1 Mg ha-1de C no solo, na forma de MOS, é
necessário pelo menos 80 kg N ha-1.
Também as práticas de cultivo têm mostrado influência no estoque de carbono do solo, atrávés dos efeitos na estrutura do solo, principalmente sobre a formação e a estabilidade dos agregados (Jantalia et al.,2006). Fisicamente, a estrutura formada pelos agregados protege a MOS contida dentro desses contra a decomposição microbiana. Assim, a estrutura do solo pode agir como controladora da formação e da degradação de MOS, tendo uma relação direta com a dinâmica de nutrientes e com o potencial do solo em estocar carbono. Em sistema de plantio direto é observado uma maior agregação do solo, o que tem sido relacionado ao aumento do carbono orgânico do solo, principalmente na camada suprefícial (Cambardella & Elliott, 1992; Beare et al., 1994; Jastrow 1996; Six et al. 2000; Martens,2000).
Braz et al. (2013) observaram um maior estoque de carbono na área de pastagem produtiva, quando comparado à mata nativa e à pastagem degradada, no cerrado brasileiro. Verificando a importância do bom manejo das pastagens.
Uma pastagem bem manejada, com lotação animal adequada e reposição de nutrientes, aumenta a produtividade da gramínea. A adubação mineral e o consórcio com leguminosas têm mostrado bons resultados. Essas práticas de manejo aumentam a deposição e a rebrota de resíduos da parte aérea e das raízes das forrageiras, que consequentemente contribuiriam para aumentar o estoque de C nos solos.
12 A adubação mineral das pastagens e o consórcio com leguminosas têm mostrado bons resultados. De acordo com Paulino (2009), a fertilidade do solo afeta a produção da biomassa aérea e radicular. Essa maior produtividade está diretamente relacionada à quantidade de resíduos depositados no solo por superfície e subsuperfície e, consequentemente ao estoque de C. Porém, é necessário que se tenha uma fonte de N para estocar C. Numa revisão, o referido autor estimou que, nos estudos realizados em diversas partes do mundo, as boas práticas de manejo da fertilidade do solo sob pastagens podem aumentar de 50 a 150 kg/ha a quantidade de carbono estocado. Por outro lado, a ausência de N e a utilização menos frequente das
pastagens resultaram em perdas para a atmosfera de 57 g C/m2 por ano. Dessa maneira,
Paulino (2009), concluiu que a conversão de terras aráveis em pastagens perenes teve efeito positivo sobre o balanço de C no sistema, embora o efeito tenha sido mais pronunciado nos três primeiros anos após a conversão.
Estimativas feitas em várias regiões indicam que leguminosas forrageiras consorciadas
com gramíneas tropicais podem contribuir com mais de 150 kg N ha-1 (Thomas et al., 1992;
Miranda et al., 1999; Giller, 2001). Por outro lado, os resíduos vegetais das leguminosas, mais
ricos em N, podem promover maiores emissões de N2O do solo, uma vez que se estima que
1,3% do N dos resíduos se convertem em N2O (IPCC, 2006). Não existem informações
disponíveis que tragam uma comparação direta com N originado de fertilizantes em sistemas de pastagens. Outro efeito da fertilização das pastagens consiste em aumentar a deposição de resíduos das forrageiras, tanto de tecidos aéreos quanto das raízes, o que contribuiria para aumentar o C no solo.
Paulino (2009) relatou que a redução no uso de fertilizantes juntamente com uma
baixa lotação animal reduziu as emissões de CH4 e N2O por unidade de área. Entretanto, este
tipo de estratégia diminuiu o potencial de sequestro de C pelo solo, pois houve uma redução do N via fertilizante, consequentemente, afetou no estoque de C. Estudos feitos, em experimento de longa duração, mostraram que a fertilização mineral de áreas com pastagens com ou sem o consórcio com leguminosas forrageiras aumentou os estoques de C no solo na região da Amazônia (Choné et al., 1991; Feigl et al., 1995; Moraes et al., 1996; Neill et al., 1997), da Mata Atlântica (Tarré et al., 2001) e do Cerrado brasileiro (Jantalia et al., 2006, Braz et al., 2013). Segundo Tarré et al. (2001), o uso de leguminosas forrageiras em consórcio pode ser interessante para manter a produtividade das pastagens e, ao mesmo tempo em que incrementa a fertilidade do solo, disponibiliza mais proteína para os animais, aumentando também os estoques de C no solo.
De acordo com Primavessi (1999), as leguminosas podem contribuir para a sustentabilidade das pastagens pela fixação simbiótica do N, também pela incorporação dos próprios tecidos no solo, que possuem boa relação C/N e aceleram os processos de decomposição, humificação, mineralização, estabilização da matéria orgânica, aumentando com o tempo, os seus níveis no solo e, consequentemente, todas as contribuições benéficas ao sistema.
Alguns experimentos mostraram grande sucesso, em termos de aumentos de produção animal, a introdução de leguminosas em pastagens. O amendoim forrageiro (Arachis pintoi) introduzido em pastagens não fertilizadas de Brachiaria brizantha, na Costa Rica, promoveu aumentos de ganho de peso vivo (GPV) animal de mais de 30 %, durante um período de 2 anos (Hernández et al., 1995). As diferenças em GPV animal foram 45 % maiores na pastagem consorciada com o amendoim forrageiro que na monocultura de B. brizantha, no segundo ano do estudo.
Num estudo realizado na estação da CEPLAC, em Itabela, Extremo sul da Bahia, com o consórcio de A. pintoi com a Brachiaria dictyoneura, foi registrado um aumento no GPV de
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até mais de 750 g cabeça dia-1 na mesma TL, no segundo ano (Santana & Pereira, 1995;
Boddey et al. 1997).
Na região dos Cerrados, pesquisadores da Embrapa trabalharam principalmente com espécies de Stylosanthes. A reforma de uma pastagem degradada de B. decumbens com a
implantação de Stylosanthes cv. Campo Grande resultou em um GPV médio de 480 kg-1 ha-1
ano-1, durante os três primeiros anos, comparada com menos de 60 kg-1 ha-1 ano-1, na
pastagem não recuperada (Embrapa, 2007).
Babilônia (2013), ao estudar a pastagem de Brachiaria humidicola, em consórcio com
leguminosas em São Vicente, Mato Grosso, observou um aumento de 1,51; 0,9 e 0,69 Mg ha-1
para estoque de C e 0,1; 0,08 e 0,02 Mg ha-1 nos estoques de N no solo, respectivamente, no
consórcio de B. humidicola com Stylosanthes cv Campo Grande; B. humidicola com Arachispintoi cv. Belmonte, B. humidicola com Puerariaphaseoloides, quando comparada à pastagem de Brachiaria em monocultura.
2.5. Fração Leve Livre da Matéria Orgânica do Solo
A matéria orgânica do solo compreende a todo o C presente no solo, na forma de resíduos frescos ou em diversos estágios de decomposição, compostos humificados e materiais carbonizados, associados ou não à fração mineral. Assim como, a porção viva do solo, composta pelas raízes, pela microfauna, mesofauna e macrofauna e pelos microrganismos do solo (Roscoe & Machado, 2002).
O estudo da MOS pode ser realizado através do fracionamento químico e do fracionamento físico. O químico caracteriza-se pela extração das substâncias húmicas, que podem ser subdivididas de acordo com suas características físico-químicas específicas de cada grupo de substâncias húmicas, em função dos procedimentos de extração e separação. O material húmico é caracterizado pela baixa solubilidade em água, pela irregularidade estrutural e por fortes ligações físicas e químicas entre si e com a fração mineral, admitindo a presença de três principais frações: ácidos fúlvicos, ácidos húmicos e humina (Guerra et al., 2008).
O fracionamento físico é dividido em granulométrico e densimétrico. O fracionamento densimétrico divide a MOS em dois compartimentos distintos: fração leve e pesada. A fração leve é dividida em leve-livre (FLL), intra-agregada (FLI); e a fração pesada corresponde aos complexos minerais secundários, compostos pelo complexo arenoso, organo-siltoso e organo-argiloso.
A FLL é constituída por materiais orgânicos derivados principalmente de restos de vegetais, mas também por quantidades razoáveis de resíduos microbianos, inclusive hifas fúngicas, esporos, fragmentos de raízes e sementes, podendo ter matérias carbonizados, em solos sob vegetação que sofrem queimadas periódicas (ex. cerrados). A FLL possui uma rápida taxa de ciclagem, sendo a sua composição química comparada àquela de materiais vegetais e da liteira, pouco decomposto e de alta relação C/N (Christensen, 1992).
A entrada de FLL é influenciada pelo tipo de vegetação, que irá refletir na quantidade e na qualidade de material vegetal adicionado ao solo. A entrada de material vegetal no solo pode ser tanto por superfície quanto por subsuperfície. Sob vegetação de mata, a entrada tende a ser maior na superfície do solo. Em áreas sob vegetação de gramíneas, devido ao maior desenvolvimento do sistema radicular dessa cultura, a maior contribuição é em subsuperfície.
Pinheiro (2007) observou maior entrada de FLL em superfície, em área sob pastagem de Brachiaria quando comparada ao capim elefante, em Itabela-Ba. A autora relata que esse maior aporte está sendo inflenciado pela maior deposição de resíduos da gramínea Brachiaria, que possui uma elevada taxa de rebrota, ao ser comparada ao capim elefante.
14 Roscoe et al. (2001) compararam o teor de C na FLL, num cerrado sensu-stricto, tendo uma pastagem cultivada por 23 anos. No cerrado, foi observada uma quantidade de C presente na FLL elevada na superfície, que foi reduzida drasticamente no horizonte subjacente, enquanto que na pastagem cultivada não foi observado tal acúmulo na superfície.
A mudança no uso da terra e, posteriormente, o manejo adotado irá influenciar no estoque de FLL no solo. A transformação da FLL está ligada a macroagregação e também aos mecanismos de proteção física desta fração orgânica nos agregados do solo (Christensen, 1996). O único mecanismo de proteção, atuando na FLL, é a recalcitrância do material constituinte desta fração. Em áreas sob vegetação de gramíneas, a elevada relação C/N e o elevado conteúdo de lignina do material vegetal fazem com que esse material tenha uma maior proteção.
A FLL tem sido considerada como um indicador de qualidade do solo (Christensen, 1996). A perda da FLL associada ao cultivo dos solos, anteriormente sob cobertura de florestas e pastagens, deve-se à mineralização e à transferência da MOS para frações que formam complexos com as frações granulométricas silte e argila (Christensen, 1996).
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3. CAPÍTULO I
ESTOQUES DE C E N NO SOLO, SOB COBERTURA DE MATA E
PASTAGEM DE
BRACHIARIA BRIZANTHA
CV ARAPOTI E
16 3.1. RESUMO
Nos sistemas de manejo de produção agropecuária ocorreram grandes mudanças na utilização das terras no decorrer do tempo. Atualmente, são discutidas alternativas de como reverter o quadro de degradação ambiental, particularmente no que se refere à diminuição da
concentração do CO2 atmosférico através do sequestro de C nos solos. Nesse contexto, o
objetivo geral do trabalho foi avaliar o estoque de C e N, em áreas estabelecidas, há quinze anos, com pastagem produtiva de Brachiaria brizantha cv Arapoti e mata nativa (Transecto 1) e de pastagem produtiva de Brachiaria brizantha cv Xaraés e mata nativa (Transecto 2), na Estação Experimental de Zootecnia (CEPLAC), Itabela (BA). O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado com quatro repetições para cada tratamento. Em maio de 2015, foram abertas trincheiras, onde amostras de terra foram coletadas até 100 cm de
profundidade, para a determinação da densidade do solo, distribuição do C e N, δ13C, estoques
de C e N e fração leve da MOS. Para os dois transectos avaliados, não foi observada diferença estatística significativa entre a cobertura vegetal de mata e pastagem, no teor de c em todo o perfil avaliado (0-100 cm). Não houve diferença quanto aos estoques de C e N, na cobertura de pastagens, quando comparado à vegetação de mata, em ambas as profundidades avaliadas
(0-30 e 0-100cm). A contribuição do carbono derivado das pastatagens (C4) foi maior
somente nos primeiros 5 cm de solo, após essa profundidade, o carbono da mata é o principal responsável pelo estoque de carbono no solo. O aporte de fração leve livre foi maior na camada superficial (0-10 cm) para ambos os tratamentos, e as pastagens apresentaram maior entrada de FLL em relação à mata.
